一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變電站接地網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化 監(jiān)控裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變電站接地網(wǎng)是變電站的重要保障，當(dāng)電氣設(shè)備遭受雷擊或電力系統(tǒng)發(fā)生短路故 障時(shí)，接地網(wǎng)能夠迅速排泄故障電流，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及人員生命安全。然而由于接 地網(wǎng)常年埋在土壤中，會(huì)發(fā)生腐蝕及斷裂等情況，影響接地網(wǎng)接地性能。
[0003] 接地網(wǎng)腐蝕斷裂威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，目前接地網(wǎng)故障檢測(cè)方法主要是電 阻法和磁場(chǎng)法，而這些檢測(cè)方法存在許多不足，如人工測(cè)量工作量大，且對(duì)接地網(wǎng)的檢測(cè)沒(méi) 有電子版檔案，從而沒(méi)有對(duì)接地網(wǎng)的狀態(tài)形成一個(gè)持續(xù)的跟蹤、檢測(cè)，有效避免腐蝕導(dǎo)致的 故障狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置及方法，對(duì)接地網(wǎng)的 阻抗進(jìn)行三維成像與診斷，還能為每個(gè)被檢測(cè)的接地網(wǎng)建立數(shù)字化檢測(cè)檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地 網(wǎng)狀態(tài)的長(zhǎng)期跟蹤。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系 統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，所述的數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的信號(hào)采集端，接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)采用基 于逆問(wèn)題的接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算方法對(duì)接地網(wǎng)各支路狀態(tài)進(jìn)行求解；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系 統(tǒng)的第一信號(hào)輸出端連接三維成像系統(tǒng)，三維成像系統(tǒng)采用有限元法，對(duì)接地網(wǎng)導(dǎo)體受腐 蝕情況及周?chē)寥肋M(jìn)行三維成像；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第二信號(hào)輸出端連接數(shù)字信息存 儲(chǔ)系統(tǒng)，數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)基于成像結(jié)果和接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，得出接 地網(wǎng)各支路腐蝕程度評(píng)估結(jié)果，形成變電站接地網(wǎng)三維成像與狀態(tài)評(píng)估的數(shù)字化系統(tǒng)；接 地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第三信號(hào)輸出端通過(guò)狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)進(jìn)行顯示；狀態(tài)信息輸出系統(tǒng) 的信號(hào)輸出端連接故障報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)輸入端。
[0007] -種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟A :首先，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)取接地網(wǎng)電壓值，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用四電極法 測(cè)取接地網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)的電壓值；
[0009] 步驟B :數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將測(cè)取的接地網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)的電壓值發(fā)送給接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估 系統(tǒng)，接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)采用基于逆問(wèn)題的接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算方法對(duì)接地網(wǎng)各支路 狀態(tài)進(jìn)行求解，求解過(guò)程如下步驟：
[0010] 步驟Bl :將接地網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)接地網(wǎng)具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)和B條支路，則根 據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論列方程有：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、接地網(wǎng) 狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，所 述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的信號(hào)采集端，接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估 系統(tǒng)采用基于逆問(wèn)題的接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算方法對(duì)接地網(wǎng)各支路狀態(tài)進(jìn)行求解；接地網(wǎng) 狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第一信號(hào)輸出端連接三維成像系統(tǒng)，三維成像系統(tǒng)采用有限元法，對(duì)接地 網(wǎng)導(dǎo)體受腐蝕情況及周?chē)寥肋M(jìn)行三維成像；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第二信號(hào)輸出端連接 數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)基于成像結(jié)果和接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ) 上，得出接地網(wǎng)各支路腐蝕程度評(píng)估結(jié)果，形成變電站接地網(wǎng)三維成像與狀態(tài)評(píng)估的數(shù)字 化系統(tǒng)；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第三信號(hào)輸出端通過(guò)狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)進(jìn)行顯示；狀態(tài)信 息輸出系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接故障報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)輸入端。
2. -種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟A:首先，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)取接地網(wǎng)電壓值，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用四電極法測(cè)取 接地網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)的電壓值； 步驟B:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將測(cè)取的接地網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)的電壓值發(fā)送給接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系 統(tǒng)，接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)采用基于逆問(wèn)題的接地支路導(dǎo)體阻抗計(jì)算方法對(duì)接地網(wǎng)各支路狀 態(tài)進(jìn)行求解，求解過(guò)程如下步驟： 步驟B1 :將接地網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)接地網(wǎng)具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)和B條支路，則根據(jù)電 網(wǎng)絡(luò)理論列方程有：
式中A為網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)矩陣；Yb為支路導(dǎo)納矩陣，Yn為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；Ub為支路電壓向 量；Un為節(jié)點(diǎn)電壓向量；In為節(jié)點(diǎn)電流向量；Ib為支路電流向量； 步驟B2 :假設(shè)Un(l為被測(cè)接地網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓的測(cè)量值；Un(R)為被測(cè)接地網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓 理論計(jì)算值，其中，Un(R)是關(guān)于R的函數(shù)，R為未知量；則，將f(R)最小化，求得符合測(cè)量值 的變化量為：
步驟B3 :根據(jù)最小二乘法原理，由公式⑵得：
步驟B4:再將目標(biāo)函數(shù)f(R) = ||Un(R)-UnCI||2在R(k)處用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)近似為：
步驟B5 :對(duì)公式⑷得到的泰勒函數(shù)的級(jí)數(shù)展開(kāi)式求取極值得到極值點(diǎn)：
步驟B6:
~可逆，則得到：
步驟B7 :再對(duì).
2在R(k)處求導(dǎo)數(shù)，得到：
步驟B8 :由公式(7)推導(dǎo)并忽略高階項(xiàng)得：
因此得到
其中
為雅可比矩陣；式（9)即為接地網(wǎng)故障診斷方程的NR法迭代公 式，從而求解出未知的支路電阻值； 步驟B9 :根據(jù)接地網(wǎng)支路電阻值變化情況，與各個(gè)支路的支路電阻設(shè)計(jì)值相比較，依 據(jù)接地網(wǎng)腐蝕程度判別標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)接地網(wǎng)腐蝕情況進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估； 步驟C:將步驟B中得到的接地網(wǎng)支路電阻值數(shù)據(jù)發(fā)送給三維成像系統(tǒng)進(jìn)行三維成像， 具體步驟如下： 步驟C1 :首先，將整個(gè)計(jì)算場(chǎng)域剖分為有限個(gè)離散單元； 步驟C2 :根據(jù)步驟步驟B中計(jì)算的接地網(wǎng)支路電阻值和待測(cè)接地網(wǎng)周?chē)耐寥离娮?率，計(jì)算出每個(gè)離散單元的電導(dǎo)率； 步驟C3 :根據(jù)步驟C2提供的每個(gè)離散單元的電導(dǎo)率，結(jié)合待測(cè)接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì) 接地網(wǎng)支路電阻與周?chē)寥肋M(jìn)行三維成像，圖像包括接地網(wǎng)的三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及支路電阻 大小； 步驟D:將步驟B中得到的接地網(wǎng)支路電阻值數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，根據(jù)接地 網(wǎng)支路電阻值和支路的腐蝕速率，測(cè)算接地網(wǎng)支路的使用壽命，對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，構(gòu) 建接地網(wǎng)狀態(tài)的數(shù)字檔案管理系統(tǒng)保存接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估結(jié)果； 步驟E:接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)將接地網(wǎng)支路電阻值數(shù)據(jù)發(fā)送給 故障報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)故障報(bào)警系統(tǒng)接收到的信號(hào)處于報(bào)警范圍內(nèi)時(shí)，則報(bào)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控方法，其特征在于：步驟A所 述的四電極法的步驟采用如下方式： I :選取接地網(wǎng)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并注入穩(wěn)定的電流； II :選取另外的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，測(cè)量這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓，即提取了節(jié)點(diǎn)的電壓值； Ill:重復(fù)上述步驟I和II，直至測(cè)量到所有的節(jié)點(diǎn)的電壓值。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種變電站接地網(wǎng)三維數(shù)字化監(jiān)控裝置及方法，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的信號(hào)采集端；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第一信號(hào)輸出端連接三維成像系統(tǒng)；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第二信號(hào)輸出端連接數(shù)字信息存儲(chǔ)系統(tǒng)；接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的第三信號(hào)輸出端通過(guò)狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)進(jìn)行顯示；狀態(tài)信息輸出系統(tǒng)的信號(hào)輸出端連接故障報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)輸入端；利用本發(fā)明能夠?qū)拥鼐W(wǎng)的阻抗進(jìn)行三維成像與診斷，還能為每個(gè)被檢測(cè)的接地網(wǎng)建立數(shù)字化檢測(cè)檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地網(wǎng)狀態(tài)的長(zhǎng)期跟蹤。
【IPC分類(lèi)】G01R31-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104777399
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094263
【發(fā)明人】姚德貴, 楊帆, 寇曉適, 董曼玲, 胡佳佳, 劉凱, 代鋒, 張科, 丁國(guó)君, 趙磊, 白銀浩
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 重慶大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日